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鲁棒优化方法用于能源系统管理与规划

陈聪  
【摘要】:能源是人类赖以生存和发展的基础。能源作为重要的自然资源是人类的生命之本,是保障人类生存和社会经济发展的重要基本物质。当前由于能源短缺问题以及化石能源燃烧所引发的环境污染问题已成为制约我国社会可持续发展的瓶颈。因此,以能源系统管理与规划为切入点,解决由于经济快速发展而带来的资源环境问题,制定可以有效平衡经济发展需求、资源供给和环境容量之间矛盾的有效机制,已经成为政界及学术界共同关注的焦点问题。然而,能源系统异常复杂,涉及众多子系统,同时与经济、政策等因素相关联;各个子系统间,系统与经济等因素存在着复杂的互动关系,这导致了能源系统的复杂性和不确定性,进而引发了系统的风险性。以上所述问题给能源管理与系统规划工作带来了巨大的挑战。因此,在考虑系统复杂性和不确定性的基础上,综合分析能源、环境和经济等因素,开展强健性的能源系统规划与管理研究具有重要意义。 本文充分考虑能源系统的多重不确定性和复杂性,通过耦合区间、随机、鲁棒和模糊等优化方法,构建强健性的综合不确定性能源系统规划模型体系。本研究以能源系统为例,论证模型体系的可行性。具体内容包括:(1)开发区间随机鲁棒方法,基于该方法建立区间随机鲁棒能源规划模型,并将其用于能源系统的规划以及能源系统中温室气体的管理。基于模型结果提出保障能源供需平衡、优化能源结构和能源配置、电力生产、扩容、温室气体管理等方案;(2)基于所开发的区间线性规划方法和区间随机鲁棒规划方法,建立区间线性-电厂选址模型和区间随机鲁棒-电厂选址模型。所开发的模型可以处理表现为离散区间和随机性的不确定信息,并且可以对于随机算法产生的风险进行追索,增强生物质电厂选址过程的强健性;(3)通过改进区间随机鲁棒模型,开发随机区间双重鲁棒方法,基于该方法建立区间随机鲁棒-能源系统规划模型,将其用于能源系统规划中,该模型通过两种风险追索行为大大提高了模型的强健性;(4)基于所开发的开发区间模糊方法和区间鲁棒方法,建立区间模糊-城市尺度能源模型和区间鲁棒-城市尺度能源模型,并将其用于天津市能源系统的规划与管理中,模型可以处理系统中表现为区间、随机和模糊的不确定性。基于模型结果评估调整能源结构以及可再生能源发展对于改善城市大气环境质量的贡献,生成强健性的能源结构、扩容、温室气体减排、环境污染控制等方案。 结果表明,建立的鲁棒优化—模型体系对传统模型进行了改进与完善,并通过与其他优化理论耦合得到了很好的弥补。基于鲁棒优化方法的能源系统规划模型可以生成能源配置、电力生产、扩容和温室气体管理等方案,有利于决策者对于系统的经济性和风险性进行有效权衡。模型结果可以为能源系统规划提供合理、科学的决策支持。


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